Раздел 2. Геология нефти и газа

Раздел 2. Геология нефти и газа

2.1. Залежи и месторождения нефти и газа (характеристика месторождения)

2.2. Нефтяные коллекторы и их свойства. Пластовое и приведенное давления.

2.3. Химический состав и физические свойства нефти и газа.

 

Раздел 3. Эксплуатация нефтяных и газовых скважин

3.1. Виды эксплуатации нефтяных и газовых скважин

3.2. Фонтанная эксплуатация

3.3. Газлифтная эксплуатация

3.4. Насосная эксплуатация

 

Раздел 4. Методы исследования скважин

4.1. Виды исследований скважин

4.2. Геофизические исследования

4.3. Гидродинамические исследования

 

Заключение

 

Литература:

Б.В. Покрепин 1. Оператор по добыче нефти и газа. 2. Эксплуатация нефтяных и газовых скважин. 3. Разработка нефтяных и газовых месторождений.

Лекции по разработке и геологии

Раздел 1. Общие сведение

1.1. Структура предприятия прохождения практики (цеха, службы,

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

21.02.01 ЭС2-14 000.000

Подразделения и т.д.)

 

Производственная практика студентов 3-го курса важный этап подготовки специалистов. Студенты 3-го курса проходят практику на промышленных, коммерческих предприятиях, финансовых учреждениях (банках, инвестиционных фондах, страховых компаниях и т.д.); в организациях и учреждениях регионального управления, в административных организациях, в научных организациях и предприятиях.

На период проведения учебной практики студентов 3-го курса назначаются два руководителя: руководитель практики от кафедры экономической кибернетики и руководитель практики от предприятия.

Руководитель практики от кафедры экономической кибернетики должен:

– составить календарный график прохождения практики и согласовать его на предприятии;

– встретиться со студентами и провести организационное собрание, на котором информировать студентов о сроках и распределении студентов по местам практики, о календарном графике прохождения практики, при этом остановиться на главных вопросах и особенностях прохождения учебной практики на конкретных предприятиях;

– сообщить решение заведующего кафедрой о назначении старших в группах студентов и напомнить их обязанности;

– сообщить студентам о перечне документов, которые необходимо иметь с собой (паспорт, студенческий билет);

– установить время и место сбора группы студентов, фамилии и телефоны должностных лиц, занимающихся организацией практики на предприятии;

– информировать студентов об особенностях выполнения и порядке сдачи зачета по завершении практики.

 

Во время проведения практики необходимо:

– встретить студентов в первый день практики на предприятии;

– обеспечить встречу и знакомство студентов с руководителями практики от предприятия;

– разместить студентов по рабочим местам;

– окончательно согласовать с руководителями практики от предприятия календарный график прохождения практики;

– активно содействовать выполнению студентами календарного графика;

– регулярно встречаться со студентами и руководителями практики от предприятия;

–

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

21.02.01 ЭС2-14 000.000

ознакомиться и изучить (в возможных пределах) последние достижения предприятия в области управления, организации и планирования деятельности.

Обязанности студентов в период учебной практики:

– не менее чем за 10-15 дней до начала учебной практики студенты должны четко знать, на каком предприятии они проходят практику, сроки практики;

– календарный график прохождения практики;

– Ф.И.О. руководителя практики от кафедры экономической кибернетики, его служебный и домашний телефон;

– место и время встречи с руководителем в первый день практики.

 

По прибытии на место практики студенты должны получить пропуска и пройти инструктаж по технике безопасности и охране труда (вводный и на рабочем месте) с оформлением необходимой документации.

В период прохождения практики студенты подчиняются правилам внутреннего распорядка предприятия.

 

Непосредственное руководство студентами в период учебной практики осуществляет руководитель практики от предприятия.

В течение всего периода практики студенты регулярно и самостоятельно работают над выполнением полученных от руководителей указаний и календарного графика.

В конце практики студенты:

– завершают работу над сбором материалов для отчета;

– сдают экономическую и техническую документацию, литературу, спецодежду и др. имущество предприятия, полученное во временное пользование.

 

Раздел 2. Геология нефти и газа

Химический состав и физические свойства нефти и газа.

Свойства нефти

Нефть – горючая маслянистая жидкость, преимущественно темного цвета, представляет собой смесь различных углеводородов.

Цвет нефти варьирует от светло-коричневого до темно-бурого и черного.

В нефти встречаются следующие группы углеводородов:

· метановые (парафиновые) с общей формулой С_nН_2n+2;

· нафтеновые – С_nН_2ni;

· ароматические – С_nH_2n-6.

Преобладают углеводороды метанового ряда.

Таблица 2.1. Углеводороды метанового ряда
Наименование	Формула	Примечание
Метан	СН4	При атмосферном давлении и нормальной температуре в газообразном состоянии
Этан	С2Н6
Пропан	С3Н8
Бутан	С4Н10
Пентан	С5Н12	Неустойчивы, легко переходят из газообразного состояния в жидкое и обратно
Гексан	С6Н14
Гептан	С7Н16
Октан	С8Н18 . . . C17H36	Жидкие вещества
	С18Н38 и т.д.	Твердые вещества (парафины)

 

Рис. 2.1. Химический состав нефти

Рассмотрим основные физические свойства нефти.

1. Плотность - отношение массы к объему. Единица измерения плотности в системе СИ выражается в кг/м³. Измеряется плотность ареометром. Ареометр – прибор для опр

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

21.02.01 ЭС2-14 000.000

еделения плотности жидкости по глубине погружения поплавка (трубка с делениями и грузом внизу). На шкале ареометра нанесены деления, показывающие плотность исследуемой нефти (рис. 2.2).

Рис. 2.2. Ареометр

Плотность нефти варьируется от 730 до 980 1050 кг/м³ (плотность менее 800 кг/м³ имеют газовые конденсаты). По плотности нефти делятся на 3 группы

По плотности судят о качестве нефти. Легкие нефти наиболее ценные.

2. Вязкость – свойство жидкости или газа оказывать сопротивление перемещению одних ее частиц относительно других. Она зависит от силы взаимодействия между молекулами жидкости. Для характеристики этих сил используется коэффициент динамической вязкости . За единицу динамической вязкости принят паскаль-секунда (Па с), т. е. вязкость такой жидкости, в которой на 1 м² поверхности слоя действует сила, равная одному ньютону, если скорость между слоями на расстоянии 1 см изменяется на 1 см/с. Жидкость с вязкостью 1 Па с относится к числу высоковязких.

 

 

Фонтанная эксплуатация

Подъем жидкости и газа от забоя скважины на поверхность составляет основное содержание процесса эксплуатации скважин. Этот процесс может происходить как за счет природной энергии Wп, поступающих к забою скважины жидкости и газа, так и за счет вводимой в скважину энергии с поверхности .

Газожидкостная смесь, выходя из ствола скважин через специальное устьевое оборудование, направляется в сепараторы (отделители жидкости от газа) и замерные приспособления, затем поступает в промысловые трубопроводы. Для обеспечения движения смеси в промысловых трубопроводах на устье скважин поддерживается то или иное давление.

На основании изложенного можно составить следующий энергетический баланс

,

где – энергия на подъем жидкости и газа с забоя до устья скважины;

– энергия, расходуемая газожидкостной смесью при движении через устьевое оборудование;

– энергия, уносимая струей жидкости и газа за предел устья скважины;

если , то эксплуатация называется фонтанной;

при эксплуатация называется механизированной добычей нефти.

Передача энергии осуществляется сжатым газом или воздухом, либо насосами, способ эксплуатации называется газлифтный или насосный.

Фонтанирование только от гидростатического давления пласта () редко в практике эксплуатации н

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

21.02.01 ЭС2-14 000.000

ефтяных месторождений; условие фонтанирования

.

В большинстве случаев вместе с нефтью в пласте находится газ, и он играет главную роль в фонтанировании скважин. Это справедливо даже для месторождений с явно выраженным водонапорным режимом. Для водонапорного режима характерно содержание в нефти газа, находящегося в растворенном состоянии и не выделяющегося из нефти в пределах пласта.

Пластовый газ делает двойную работу: в пласте выталкивает нефть, а в трубах поднимает.

Роль фонтанных труб

При одном и том же количестве газа не в каждой скважине можно получить фонтанирование. Если количество газа достаточно для фонтанирования в 150-миллиметровой скважине, то его может не хватить для 200-миллиметровой скважины.

Смесь нефти и газа, движущаяся в скважине, представляет собой чередование прослоев нефти с прослоями газа: чем больше диаметр подъемных труб, тем больше надо газа для подъема нефти.

В практике известны случаи, когда скважины больших диаметров (150 300 мм), пробуренные на высокопродуктивные пласты с большим давлением, отличались высокой производительностью, но фонтанирование их в большинстве случаев было весьма непродолжительным. Иногда встречаются скважины, которые при обычных условиях не фонтанируют, хотя давление в пласте высокое.

После спуска в такие скважины лифтовых труб малого диаметра удается достигнуть фонтанирования. Поэтому с целью рационального использования энергии расширяющего газа все скважины, где ожидается фонтанирование, перед освоением оборудуют лифтовыми трубами условным диаметром от 60 до 114 мм, по которым происходит движение жидкости и газа в скважине.

Диаметр подъемных труб подбирают опытным путем в зависимости от ожидаемого дебита, пластового давления, глубины скважины и условий эксплуатации. Трубы опускают до фильтра эксплуатационной колонны.

При фонтанировании скважины через колонну труб малого диаметра газовый фактор уменьшается, в результате чего увеличивается продолжительность фонтанирования. Нередко скважины, которые фонтанировали по трубам диаметром 114, 89, 73 мм переходили на периодические выбросы нефти и останавливались. В этих случаях период фонтанирования скважины удавалось продлить путем замены фонтанных труб меньшего диаметра: 60, 48, 42, 33 мм. Это один из способов продления фонтанирования малодебитных скважин.

 

Газлифтная эксплуатация

Область применения газлифта

Область применения газлифта – высокодебитные скважины с большими забойными давлениями, скважины с высокими газовыми факторами и забойными давлениями ниже давления насыщения, песочные (содержащие в продукции песок) скважины, а также скважины, эксплуатируемые в труднодоступных условиях (например, затопляемость, паводки, болота и др.). Газлифт характеризуется высокой технико-экономической эффективностью, отсутствием в скважинах механизмов и трущихся деталей, простотой обслуживания скважин и регулирования работы.

Принцип действия газлифта. В скважину опускают два ряда насосных труб. По затрубному пространству между наружной и внутренней трубами подают под давлением газ или воздух. Наружную трубу называют воздушной. Внутреннюю трубу, по которой нефть в смеси с газом или воздухом поднимается на поверхность, называют подъемной. Подъемная труба имеет меньшую длину по сравнению с воздушной. До закачки газа жидкость в подъемной и воздушной трубах находится на одном уровне. Этот уровень называют статическим – . В этом случае давление жидкости на з

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

21.02.01 ЭС2-14 000.000

абое соответствует пластовому давлению.

,

отсюда

.

По воздушной трубе (затрубному пространству) в скважину под давлением этого газа жидкость полностью вытесняется в подъемную трубу, после этого газ проникает в подъемную трубу и перемешивается с жидкостью. Плотность газированной жидкости уменьшается и по мере ее насыщения газом достигается разность в плотности газированной и негазированной жидкостей.

Вследствие этого более плотная (негазированная) жидкость будет вытеснять из подъемной трубы газированную жидкость. Если газ подавать в скважину непрерывно, то газированная жидкость будет подниматься и выходить из скважины в систему сбора. При этом в затрубном пространстве подъемной трубы устанавливается новый уровень жидкости, называемый динамической высотой

.

При этом давление из башмака подъемной трубы

б

где – длина подъемной трубы;

– расстояние от устья скважины до динамического уровня;

- глубина погружения подъемной трубы в жидкость.

Применяют газлифты однорядные и двухрядные.

В однорядном в скважину опускают только одну колонну труб, по которой газожидкостная смесь поднимается из скважины на поверхность. В двухрядном подъемнике в скважину опускают две насосные колонны труб. По затрубному пространству этих колонн с поверхности подают газ, а по внутренней колонне труб на поверхность поднимается газожидкостная смесь. Однорядный подъемник менее металлоемок, но в нем нет достаточных условий для выноса песка с забоя скважины. Поэтому однорядный подъемник применяется на скважинах, эксплуатируемых без воды и выноса песка. В двухрядном подъемнике вынос газожидкостной смеси происходит по внутренней трубе меньшего диаметра. За счет этого возрастают скорости подъемника газожидкостной смеси и улучшаются условия для выноса из скважины воды и песка.

 

 

Насосная эксплуатация

С помощью штанговых скважинных насосных установок

Суть данного способа эксплуатации скважин заключается в том, что в скважине размещают плунжерный насос, который приводится в действие поверхностным приводом посредством колонны штанг. (Рис. 4)

Штанговая глубина - насосная установка (ШГНУ) состоит из насоса опущенного в скважину, колонны штанг, с

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

21.02.01 ЭС2-14 000.000

танка - качалки, установленного у устья скважины. Обратно - поступательных движение колонны насосных штанг и присоединенного к ним плунжера обеспечивается станком - качалкой.

Способ добычи нефти с помощью ШГНУ довольно распространен в Украине. Данным способом можно добывать от 1 до 500 т нефти в сутки. Однако в большинстве случаев глубинно-насосную эксплуатацию применяют в мало и середнедебитних нефтяных скважинах.

1 - цилиндр насоса, 2 - плунжер; 3 - колонна штанг, 4 - НКТ, 5 - трубная головка;

6 - елка, 7 - головка балансира, 8 - балансир; 9 - шатун, 10 - кривошип;

11 - электродвигатель;

Эксплуатация нефтяных скважин погруженным центробежным насосом

Электродвигатель центробежной насосной установки (Рис. 5) состоят: из центробежного насоса 4, электродвигателя 1. кодоны подъемных труб 11, бронированного кабеля 5, устьевой арматуры 10, кабельного барабана 7 и другое вспомогательное оборудование.

 

Рис. 5

1 - электродвигатель, 2 - протектор; 3 - фильтр, 4 - центробежный насос; 5 - бронированный кабель, 6 - подвесной ролик; 7 - барабан; 8 - автотрансфор

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

21.02.01 ЭС2-14 000.000

матор;

9 - станции управления; 10 - устьевая арматура; 11 - колонна подъемных труб.

Добыча нефти при данном способа эксплуатации происходит следующим образом. Электродвигатель вращает вал центробежного насоса, нефть всасывается через фильтр центробежным насосом и нагнетается на поверхность по насосным трубам. Для электродвигателя центробежных насосов характерен большой межремонтный период их работы. Наземное оборудование ЭВН отличается своей простотой и не требует специальных фундаментов и других сооружений.

В Украине широко используют погруженные центробежные насосы. Их используют в тех случаях, когда нужно выполнять интенсивный отбор нефти из скважины при большой глубине залегания продуктивных пластов, а также в скважинах с агрессивными пластовыми водами.

Виды исследований скважин

Методы исследования скважин и пластов предназначены для получения информации об объекте разработки, об условиях и интенсивности притока флюидов в скважину, об изменениях, происходящих в пласте в процессе его разработки. Такая информация необходима для организации правильных, экономически оправданных процессов добычи нефти, для осуществления рациональных способов разработки месторождения, для обоснования способа добычи нефти, выбора оборудования для подъема жидкости из скважины, для установления наиболее экономичного режима работы этого оборудования при достижении наиболее высокого коэффициента нефтеотдачи.

В процессе выработки запасов нефти условия в нефтяной залежи и в скважине изменяются. Скважины обводняются, пластовое давление снижается, газовый фактор изменяется. Это заставляет постоянно получать и непрерывно обновлять информацию о скважинах и о пласте. От наличия такой достоверной информации зависит правильность принимаемых решений по осуществлению на скважинах или на пласте тех или иных геолого-технических мероприятий, направленных на повышение отбора нефти.

Изучение характеристики залежей начинается сразу же после их открытия. Одна из главных целей исследований в начальный период заключается в получении информации, необходимой для подсчета запасов нефти и газа. Для оценки извлекаемых запасов залежи, т. е. тех запасов, которые при современной технологии нефтегазодобычи можно извлечь из пласта, необходимо провести исследования по определению коэффициента нефтеотдачи пласта. Этот показатель является наиболее важным при окончательном определении эффективности разработки месторождения. Для оценки промышленного значения залежи, кроме геологических и извлекаемых запасов важно знать еще товарные качества нефти и газа, а также свойства залежей, определяющие производительность скважин, толщину и проницаемость пласта, вязкость жидкости в пластовых условиях и др.

После того, как установлены промышленные запасы нефти или газа и принято решение о вводе

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

21.02.01 ЭС2-14 000.000

залежи в промышленную эксплуатацию, приступают к составлению технологической схемы или проекта разработки залежи. Для этой цели, кроме той информации, которая уже имеется и использована в подсчете запасов, необходим комплекс данных об изменении гидродинамических характеристик пласта по площади залежи и в законтурной области, о продуктивности пласта в целом и отдельных его интервалов в различных частях залежи, об эффективности применяемых способов вскрытия пласта и перфорации скважин, об условиях работы скважин и др.

В процессе промышленной эксплуатации скважин их исследуют главным образом с целью уточнения гидродинамических характеристик пластов, выявления действительной технологической эффективности отдельных элементов принятой системы разработки (система поддержания пластового давления, схема расположения скважин, принятый способ вскрытия пластов, способ эксплуатации скважин и др.) и определения эффективности проводимых мероприятий по повышению или восстановлению производительности добывающих скважин.

При исследовании газовых скважин широко применяют различные методы определения газоконденсатности залежей с помощью передвижных установок, снабженных специальными сепараторами. Цель исследования - определение количества сырого конденсата, выделяющегося в процессе сепарации газа при различных давлениях и температурах, количества твердых примесей и жидкой фазы, выделяющейся на забое и по стволу скважины в результате снижения давления и температуры от пластовых условий до значений, при которых газ поступает на устье скважины и др.

 

Геофизические исследования

Геофизи́ческие методы иссле́дования сква́жин - комплекс физических методов, используемых для изучения горных пород в околоскважинном и межскважинном пространствах, а также для контроля технического состояния скважин. Геофизические исследования скважин делятся на две весьма обширные группы методов - методы каротажа и методы скважинной геофизики. Каротаж, также известный как промысловая или буровая геофизика, предназначен для изучения пород непосредственно примыкающих к стволу скважины (радиус исследования 1-2 м). Часто термины каротаж и ГИС отождествляются, однако ГИС включает также методы, служащие для изучения межскважинного пространства, которые называют с

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

21.02.01 ЭС2-14 000.000

кважинной геофизикой.

Исследования ведутся при помощи геофизического оборудования. При геофизическом исследовании скважин применяются все методы разведочной геофизики.

Электрические методы

Включают в себя каротаж сопротивлений: кажущегося сопротивления (КС) -измерение удельного сопротивления горных пород; Боковой каротаж (БК) — разновидность КС экранированными электродами и их микрозондовые модификации КС МЗ и БК МЗ; Применяются различные виды токовых каротажей ТК. К электрическим так же можно отнести индукционный каротаж ИК-измерение удельной проводимости горных пород при помощи катушек индуктивности. Метод измерения и интерпретации естественных электрических потенциалов горных пород в скважинах или каротаж методом самопроизвольной поляризации (ПС).

Относительно ПС. В Узбекистане при исследовании скважин методом ПС перед двумя разрушительными землетрясениями в районе города Газли были замечены отклонения диаграмм ПС.

Методы электрического каротажа, основанные на дифференциации горных пород по УЭС, называют методами сопротивления. Их реализуют с помощью измерительных установок — зондов. Существуют нефокусированные и фокусированные зонды.

Раздел 2. Геология нефти и газа

2.1. Залежи и месторождения нефти и газа (характеристика месторождения)

2.2. Нефтяные коллекторы и их свойства. Пластовое и приведенное давления.

2.3. Химический состав и физические свойства нефти и газа.